4.1 概述

4.1.1 “约束”类型

“夹具”（定义“约束”）和“载荷”定义模型的环境，为模型指定材料后，要正确配置载荷和约束，分析的结果直接取决于指定的“载荷”和“约束”。

在“夹具”属性管理器中定义约束，在此能够规定在“静态”算例、“频率”算例、“扭曲”算例、“非线性”算例及“动态”算例中使用的顶点、边线、面的零或非零位移。

未受到约束的模型可以自由地平移或旋转，每个零部件有3种平移刚性实体模式和3种旋转刚性实体模式，这些平移或旋转称为“自由度（DOF）”，因此零部件有6个自由度。对于装配体来说，应防止每个零部件出现这6种刚性实体模式，因此要对其应用约束，“约束”也称为“制约”，应用约束也称为定义“边界条件”。

Simulation智能化，载荷和夹具呈完全关联关系，并自动调整以适应几何体中的变化。每个约束或载荷条件由Simulation算例树中的一个图标表示，软件提供了上下文相关选项来定义约束。例如，如果所选的面都是圆柱面，或者选择了参考轴，则程序会定义径向、圆周和轴向约束。

对于非线性算例和瞬态热力算例来说，夹具和载荷被定义为时间的函数。

“约束”的类型如下。

1．零件的标准约束

零件的标准约束包括以下方面。

●固定。

●不可移动（无平移）。

●滚柱/滑动。

●合叶（固定铰链）。

2．零件的高级约束

零件的高级约束包括以下方面。

●对称。

●周期性对称。

●使用参考几何体。

●在平面上。

●在圆柱面上。

●在球面上。

3．装配体约束

装配体约束类型包括：

●重合。

●同轴心。

●距离。

●切点。

●图案。

4.1.2 防止刚性实体运动

1．方向性载荷的约束

对于方向性载荷要应用位移约束，未受到适当约束的模型可以自由地平移或旋转。一般而言，每个零部件有3种平移刚性实体模式和3种旋转刚性实体模式，即一个零件的刚性实体模式有6个自由度。因此，对于装配体来说，应防止其每个零部件出现这6种刚性实体模式。

以下方法可以防止发生这些刚性实体模式。

●应用“位移”约束。

●在算例属性中使用“软弹簧”和“惯性卸除”选项。可以将柔弹簧选项用作一种初步调查稳定性的工具，但建议不要在最终算例中使用它，在某些情况下，可以在外部载荷平衡的地方使用惯性卸除旗标。

●定义“接触”条件。

●使用“接头”。

2．“位移”约束

Simulation中的输入方向默认情况下指全局坐标系（X、Y和Z），该坐标系以“基准面1”为基础，并且以零件或装配体的原点作为坐标系原点。“基准面1”是出现在特征管理器设计树中的第一个基准面，可以具有不同的名称，如“前视基准面”。可以使用其他参考基准面或轴来指定方向。表4-1总结了“位移”约束所适应的实体。

4.1.3 实体模型的适当约束

1．“实体”模型的约束

“实体”模型的变形完全由每个节处的3个平移来定义。“实体”模型的旋转由节的平移以隐含方式来定义。对实体要素来说，“不可移动”约束条件和“固定”约束条件是类似的。

如果将“固定”约束应用到实体，则属于边、顶点或面的每个节的3个自由度（位移）会受到约束。

例如，假设有一个如图4-1所示的立方体的实体模型，如果按如图4-2所示的约束，固定一个顶点，模型是不稳定的，因为它可以绕该固定顶点旋转。

如果按如图4-3所示的约束，固定两个顶点，模型也是不稳定的，因为它可以绕连接这两个顶点的线旋转。

如果按如图4-4所示的约束，固定一条边线（通常是直边线），模型还是不稳定的，因为它可以绕该固定边线旋转。

如果按如图4-5所示的约束，沿垂直方向约束两个正交面，模型仍然是不稳定的，因为它可以沿第三个方向上下滑动。

下面的几种约束，可以稳定模型。

●如果固定3个顶点，则模型是稳定的。

注意

●如果固定1个面，模型会是稳定的，这是因为1个面包含了3个顶点。

●如果固定1条边线和1个顶点，而顶点不是边线的一部分，则模型会是稳定的。这是因为1条边线包含了2个顶点，而第3个顶点不在该边线上。

●如果沿互相垂直方向约束三个正交面，模型会是稳定的，如图4-6所示。

如图4-7所示的空心圆柱体，如果沿径向约束一个圆柱面，模型是不稳定的，因为它可以旋转和滑动。如果沿切向约束一个圆柱面，模型也是不稳定的，因为它可以沿轴向滑动。

如果沿正切方向约束一个圆柱面，并沿轴向约束一个顶点，模型是稳定的。如果固定任何面，模型也会是稳定的，如图4-8所示。

因此，对于实体模型，要使模型稳定，要选择适当的约束。

4.1.4 “外壳”模型的约束

对于壳型零件（外壳模型）的变形完全由每个节处的3次平移和3次旋转来定义。对外壳而言，“不可移动”约束和“固定”约束条件是不同的。“不可移动”将平移设定为零，但对旋转没有约束。“固定”约束则将所有平移和旋转都设定为零。

如图4-9所示的使用“外壳”要素进行了网格化的薄板，如果使一个顶点“不可移动”，模型是不稳定的，因为它可以绕该顶点旋转，如图4-10所示。

如图4-11所示，如果使一条边线“不可移动”，模型是不稳定的，因为它可以绕该边线旋转。如果“固定”一条边线或一个以上的顶点，模型会是稳定的，如图4-12所示。

建议不要运行有一个固定顶点的外壳模型。尽管从理论上讲，固定一个顶点可以使外壳模型稳定，但数值模拟可能会导致不正确的结果。

4.1.5 应用约束

在零件中应用约束的步骤如下。

（1）以下列方法之一打开“夹具”属性管理器。

在算例树中右键单击“夹具”，并在弹出菜单中选择所需的约束选项，或打开高级夹具文件夹选择一个高级约束。

在Simulation工具栏上单击“夹具顾问”按钮，并在弹出菜单中选择所需的约束选项，或打开高级夹具文件夹选择一个高级约束。

在主菜单上单击“Simulation”|“载荷/夹具”|“夹具”。

（2）在“类型”选项卡中，选择一种标准约束或高级约束。

（3）选择要应用约束的模型实体。

如果在步骤（2）选择了使用参考几何体，请为方向选择一个有效的实体。

（4）在非线性算例中，只要约束不是固定、不可移动和对称约束的，就可以将所选的约束与时间曲线关联。在随时间变化下，执行以下操作。

●单击“线性”按钮以使用默认的线性时间曲线，或者单击“曲线”按钮，然后单击“编辑”按钮。

●屏幕上将打开时间曲线对话框。

●在“名称”框中输入时间曲线的名称。

●在X和Y列下输入时间曲线点。

●单击“确定”按钮。

（5）在属性管理器中，单击“确定”按钮。